1873年（明治6年）に外務省入省。外務省一等書記官を経て本省に勤務したが、翌1874年（明治7年）には駐独代理公使、さらに駐独公使となってドイツに赴任、プロイセン貴族の令嬢エリザベートと知り合う。1875年にはオーストリア・ハンガリー帝国公使を兼任した。1876年にはエリザベートと結婚を決意し、1877年（明治10年）に外務省の許可を得るものの、テルとの離婚が青木家から承諾を得られず、難航。そのため、周蔵がテルに新しい夫を見つけ、その結納金を支払うことを条件とし、計3回テルに夫を紹介して3回結納金を払った。この結婚をめぐって困難があったものの品川弥二郎らに助けられて難事を乗りこえた。1878年には、オランダ公使も兼任している。1879年（明治12年）、妊娠中のエリザベートを連れて帰国して条約改正取調御用係となったが、1880年、井上馨外務公卿の下で再度駐独公使としてベルリンに赴任、1882年（明治15年）には伊藤博文のヨーロッパでの憲法調査を助け、ベルリン大学のルドルフ・フォン・グナイスト、ウィーン大学のロレンツ・フォン・シュタインの両法学教授の斡旋をおこなっている。1885年（明治18年）にオランダ、ノルウェー公使をも兼務したが、翌年、外務大輔として帰国、条約改正議会副委員長となった。1886年（明治19年）、第1次伊藤内閣の井上馨外務大臣のもとで外務次官となり、全権委任状を下付されて条約改正会議に出席するなど1887年まで井上外交を支えた。1888年（明治21年）の黒田内閣の大隈重信外相のもとでも引き続き外務次官を務めた。1889年には外務次官・条約改正全権委員として条約改正交渉の中心人物として活躍した。
明倫館で学んだ後、長崎での医学修行を経て1868年（明治元年）、藩留学生としてドイツ留学。渡独後、医学から政治、経済学に無断転科し問題となったが来独中の山縣有朋に談判して解決させた。1872年（明治5年）、北ドイツ留学生総代となり在独留学生の専攻科目決定に介入し物議をかもす。当時の留学生の専攻は軍事、医学に集中しており、青木の真意は日本近代化には、専攻を分散することの必要を説くことだった。青木の推奨もあって、林業、製紙、ビール、製絨（羅紗絨毯）などの分野へ特化して成功した人物も出た。
長門国厚狭郡生田村（のち山口県山陽小野田市）出身。幼名は三浦團七。長州藩の村医・三浦玄仲の長男として生まれ、22歳の時毛利敬親の侍医で日本で初めて種痘を行った蘭学者・青木周弼（1803年 - 1864年）の弟で後の宮廷大典医となる青木研藏（1815年 - 1870年）の養子となって士族となり、この際に2人の名を取り周藏と改名し、研藏の娘・テルと結婚。
高い精度の打撃を誇り、強烈かつ的確にパンチを当てることができるストライカーである。打撃だけでなく、レスリングやグラウンドでのレベルも非常に高い。スタミナも豊富であり、5Rマッチも容易に戦い抜く。また、試合中の無駄な動きが少なく、終始相手の持ち味を潰すクレバーな選手である。
2019年8月17日、UFC 241のUFC世界ヘビー級タイトルマッチで王者ダニエル・コーミエと再戦し、4Rに左ボディブローを効かせ、失速したコーミエにスタンドパンチの連打でTKO勝ち。リベンジを果たすとともに王座奪還に成功し、パフォーマンス・オブ・ザ・ナイトを受賞した。
2018年7月7日、UFC 226のUFC世界ヘビー級タイトルマッチで一階級下のUFC世界ライトヘビー級王者ダニエル・コーミエの挑戦を受け、右フックからのパウンドで1RKO負けを喫し、王座陥落した。
2016年5月14日、UFC 198のUFC世界ヘビー級タイトルマッチで王者ファブリシオ・ヴェウドゥムに挑戦。前進したヴェウドゥムにカウンターの右フックで1RKO勝ちを収め王座獲得に成功。パフォーマンス・オブ・ザ・ナイトを受賞した。2016年9月10日、地元クリーブランドで開催されたUFC 203のUFC世界ヘビー級タイトルマッチでヘビー級ランキング3位の挑戦者アリスター・オーフレイムと対戦。序盤に左ストレートでダウンを奪われたが直ぐに巻き返しパウンドで1RTKO勝ちを収め王座の初防衛に成功。ファイト・オブ・ザ・ナイトを受賞した。2017年5月13日、UFC 211のUFC世界ヘビー級タイトルマッチでヘビー級ランキング4位のジュニオール・ドス・サントスと再戦し、右ストレートからのパウンドで1RTKO勝ちを収め、リベンジを果たすと共に2度目の王座防衛に成功した。パフォーマンス・オブ・ザ・ナイトを受賞した。2018年1月20日、UFC 220のUFC世界ヘビー級タイトルマッチでヘビー級ランキング1位のフランシス・ガヌーと対戦。終始テイクダウンとグラウンドで圧倒し、3-0の5R判定勝ち。UFCヘビー級新記録となる3度目の王座防衛に成功した。
只野真葛と交流をもち、『独考』を徹底的に批判したいっぽうで、ことあるごとに彼女の人となりに言及し、その名を広めたのは曲亭馬琴であった。馬琴の著作物を通じて真葛の名は古くから知られていたが、真葛の著作は江戸・明治の両時代を通じて刊行されなかったこともあり、明治以降も真葛に言及した著作がみられるものの、断片的ないし不正確な言及にとどまり、真葛の著作に拠らないものが多い。真葛の代表作である『独考』も、馬琴の筆写に由来する『独考抄録』が写本のかたちで伝わっただけであり、完全なかたちではのこっていなかったので、その全貌を把握することが困難だったものと考えられる。ただし、宮城県中新田町の只野家には、本来の『独考』の草稿にあたると考えられる、真葛自筆本の写し『ひとりかんがへ』が伝わっていた。しかし、『ひとりかんがへ』は、大正年間に、刊行のため東京の出版社に運んでいたものが関東大震災の際、焼失してしまった。史料に拠りながら、真葛の生涯全体を描いたものがあらわれるのは、郷土研究のさかんになった昭和期に入ってからであり、『仙台郷土研究』に所収された小倉博の「只野真葛」（1933年（昭和8年））がその嚆矢と考えられる。1936年（昭和11年）、中山秀子は真葛の生涯をたどった本格的な伝記『只野真葛』を丸善仙台支店より出版した。彼女の代表的な著作を紹介、論評するとともに、末尾に関東大震災で失われた『ひとりかんがへ』の写しを翻刻掲載している。そのなかで、中山は真葛を「女性解放の先駆者」「日本女性の亀鑑」と評価している。なお、戦前の真葛研究では、前掲2書のほか、白柳秀湖が「彗星的婦人の比較観察 女流経済論者工藤綾子」（1914年、『淑女画報』3-9）、および「天明の大飢饉と工藤綾子」（1934年、『伝記』2-1）を著しており、経済論者としての真葛が紹介されている。